Первое гибридное нанотехнологическое устройство, имитирующее гематоэнцефалический барьер

Исследователи из IIT-Istituto Italiano di Tecnologia создали искусственное устройство, воспроизводящее модель гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) в масштабе 1:1. ГЭБ — это анатомическая и функциональная структура, защищающая центральную нервную систему от внешних токсинов, но также препятствующая проникновению лекарств при внутривенном введении. Устройство, сочетающее искусственные и биологические компоненты, необходимо для изучения новых терапевтических стратегий преодоления ГЭБ и лечения заболеваний мозга, таких как опухоли.

Исследование координировал Джанни Чофани. Устройство описано в статье, опубликованной в журнале Small. Это микрофлюидное устройство, сочетающее искусственные компоненты, созданные с помощью передовых методов микрофабрикации (двухфотонная литография), и эндотелиальные клетки.

Микропечать была реализована с помощью передовых технологий 3-D печати, использующих лазер, который сканирует жидкий фотополимер и локально отверждает материал слой за слоем, создавая сложные 3-D объекты с субмикронным разрешением. Используя эту технологию, исследователи смогли создать точную, полноразмерную модель ГЭБ из фотополимерной смолы. Имитируя мозговые микрокапилляры, модель состоит из микрофлюидной системы из 50 параллельных цилиндрических каналов, соединенных переходами и имеющих поры в стенках цилиндров. Каждая трубчатая структура имеет диаметр 10 мкм, а поры диаметром 1 мкм равномерно распределены по всем цилиндрам. После изготовления сложной полимерной структуры-каркаса эндотелиальные клетки культивировали вокруг пористой системы микрокапилляров. Покрывая напечатанную 3-D структуру, клетки сформировали биологический барьер, в результате чего получилась биогибридная система, напоминающая свою естественную модель. Устройство имеет размер в несколько миллиметров, и жидкости могут проходить через него под тем же давлением, что и кровь в сосудах мозга.

Прототип был разработан с помощью чрезвычайно междисциплинарного подхода, основанного на компетенциях в области микро- и нанофабрикации, моделирования и микрофлюидной динамики.

В будущем исследователи будут использовать устройство для изучения взаимодействия лекарств или наноносителей для доставки лекарств с целью преодоления гематоэнцефалического барьера и воздействия на центральную нервную систему. Основная цель — найти новые терапевтические стратегии для лечения рака мозга и заболеваний мозга, таких как болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз.